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开关磁通永磁同步电机分析与设计

胡志强  
【摘要】: 近年来,随着永磁材料技术、电力电子技术等相关领域的进步,永磁电机逐渐发展成为一种高性能的电机,在各个领域得到越来越广泛的应用,尤其在汽车和航空领域,对高功率密度永磁电机需求是越来越大。开关磁通永磁电机是在开关磁阻电机和双凸极永磁电机基础上发展起来的,既有开关磁阻电机简单可靠的特点,又具有永磁电机高转矩密度与高运行效率的优势。 本论文主要针对一台12/10极开关磁通永磁电机开展研究工作。 首先,分析电机的结构特点及运行原理,给出电机反电动势星形图,设计绕组的连接方式,计算出电机的基波绕组系数。随后,推导出电机的功率与转矩方程,确定电机主要尺寸的初始值。从能量守恒的角度,建立了电机的数学模型。 在Ansoft平台下建立该电机的二维物理模型,基于有限元法对电机内磁场进行分析计算,研究电机的空载磁场与电枢磁场分布特点、气隙磁密、空载反电动势、空载磁链、定位力矩、电感、静态转矩等特性。分析永磁磁场和电枢磁场之间相互作用对电感特性的影响。结果表明,由于电机空载磁链、反电动势均接近正弦分布,使得该种电机特别适合无刷交流运行的应用场合;每相磁链的双极性增加了电机的转矩密度;电机齿部磁场饱和程度严重,气隙磁密谐波分量比较大,定位力矩幅值比较大。 最后,研究了改变电机结构参数对电机特性的影响。主要针对电机气隙、永磁体磁化方向长度、转子齿宽度等结构变化进行了研究,得到的结果为更合理地设计电机提供了参考。


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